[发明专利]一种基于惯性导航的机动侦校雷达系统

说明书

本发明公开了一种基于惯性导航的机动侦校雷达系统，采用惯性导航系统定位定向和姿态测量，静态标校多个坐标系并修正误差，将雷达对目标的直接观测量变换坐标，将弹道信息转换至大地坐标系，采用行进间定位定向方式，进入阵地直接竖起天线，完成系统定位定向；一体化、小型化设计，相对于分布式多传感器设计，具有高可靠性，省去传统炮位雷达调平时间，降低架设时间，使炮位雷达的机动性能有了提升，提高非调平状态下探测目标的精度，具有很好的工程应用能力，可推广至其他具有野战高机动需求的雷达系统。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种雷达定位技术。

背景技术

在现代陆军战场中，快速反应是陆军武器装备发展的主要趋势，现代信息化作战对炮位侦校雷达提出了小型化、高机动、高集成、高精度、高可靠的实战化要求。炮位侦校雷达作为战场中的“火力发现者”，通过捕捉炮弹在空中飞行的轨迹，推测出敌军火炮位置，指导我方武器打击敌方火炮，同时结合炮弹的全弹道跟踪技术，与武器组成C-RAM要地防护系统，实现对炮弹和发射点的双重打击。传统炮位雷达进入阵地后，需进行液压调平1.5min，天线倒伏状态下完成定位定向3～5min，天线起竖1.5min，至少需要6min完成架设过程。

炮位侦校雷达作为野战雷达，没有固定站点和基础设施保障，定位定向信息主要由双标杆光学标校系统、双天线差分GPS定位定向系统、寻北仪和单GPS天线系统提供。双标杆光学标校系统是人工标定方式，所需时间较长；双天线差分GPS定位定向系统的天线基线长度受限，定向精度较差；寻北仪和单GPS天线系统采用GPS定位系统提供定位信息，再由单轴光纤陀螺寻北仪完成寻北。三种方式都采用伺服系统方位和俯仰编码器、静态水平仪提供阵面姿态信息，由于阵面姿态测量精度受限，均采用调平系统设计降低阵面横滚角引入的测量误差，且分布式采用多种传感器设备，使系统复杂度提升和可靠性降低。

惯性导航测量系统由陀螺测量载体相对惯性空间的角运动信息，由加速度计测量载体相对惯性空间的线运动信息，由卫星定位系统辅助测量载体地理位置和速度信息，在误差补偿后参与对准和导航计算。

初始对准阶段，在停车状态或行进间对准状态，采用基于惯性的粗对准算法，获得载体的初始姿态和航向；然后解算惯性导航，更新载体位置、速度、姿态和航向，与卫星定位系统信息融合，采用卡尔曼滤波方法精对准，得到载体的精确姿态和航向，获得载体坐标系与导航坐标系的转换关系；将角速度和加速度信息转换到导航系，依据惯性导航原理，推算位置和速度，使用姿态矩阵计算航向和姿态。

组合导航阶段，建立多信息融合框架，实现GNSS/INS/载体约束信息的柔性组合；分系统利用陀螺和加速度计测量信息，捷联惯性导航，更新载体姿态、速度和位置；GNSS系统卫星导航定位和测速计算，利用卡尔曼滤波方法对两种信息最优融合，估计出系统导航误差并修正，给出载体准确航向、姿态信息；遵循各信息有效位判定、故障检测测、序贯量测更新的步骤，当信息准确可靠时，进行该信息的有效融合，从而保证高容错性；实时解算载体姿态、航向、位置等信息，通过通讯端口与外部进行信息交互。

当GNSS信息可用时，GNSS/INS测量分系统主要采用激光捷联惯导和GNSS信息最优融合方式实现组合导航，为载体提供高频、长时间、稳定的动态航向、姿态信息。绝对位置信息和对地速度信息主要依赖于高精度GNSS，同时在组合导航中通过卡尔曼滤波，进一步减小两者的输出噪声，并校正部分误差后实现更高精度的定位和测速。

在恶劣环境下，若GNSS信息不可用，系统仍可依靠高精度激光陀螺长时间保持动态航向姿态，绝对位置误差和速度误差会随着时间的增加而逐步増大，但是依赖载体约束信息和零速修正等措施，仍然可以保证数小时百余米水平误差的定位精度，速度误差也可以得到充分抑制。

发明内容

本发明为了解决现有技术采用调平系统和多传感器的调平和自主定位定向导致架设时间长的问题，结合光纤陀螺仪的惯性导航系统，提出了一种基于惯性导航的机动侦校雷达系统，减少架设时间，保持测量精度，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。